新型非挥发存储器及系统优化技术研究

发布时间：2017-09-16 15:00

  本文关键词：新型非挥发存储器及系统优化技术研究

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【摘要】：新型非挥发存储器(non-volatility memory,NVM)是一类具有非挥发特性的新介质半导体存储器,其主要代表有铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM),相变存储器(Phase Change Memory,PCM),磁阻存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)和阻变存储器(Resistive Random Access Memory,RRAM)。相比于传统半导体存储器,新型非挥发存储器还具有高速读写,低功耗和高密度存储的特点,被认为是下一代半导体存储器的发展方向。本论文以新型非挥发存储器为研究对象,对其在电路设计层面和存储系统层面的若干内容进行了系统分析研究。在电路模块层面,针对新型非挥发存储器的操作特点,首先对其读写操作电路进行了分析研究,总结归纳了读写操作电路在设计上的共性方法,并通过具体电路仿真分析了其工作原理,参数影响和优势;然后结合新型非挥发存储器特点,对其接口电路的设计做了一定研究,提出对接口电路模块设计,时序设计,信号完整性设计等方面的改进方案。在多值存储技术上,在充分调研了几种新型非挥发存储器多值存储原理和特点的基础上,针对第二代磁阻存储器(Spin Torque Transfer Random Access Memory,STT-RAM)多值存储技术上的电流和功耗过载问题,提出了2T1MTJs(2 Transistors1 Magnetic Tunnel Junctions)存储单元结构,并采用45nm低功耗PTM(Predictive Technology Model)场效应晶体管模型进行了仿真验证,结果显示,与传统1T1MTJs结构相比,MTJs器件中软比特位上电流至少可减少一半,功耗至少可减少72%。在存储器功耗优化方面,在充分调研了从材料,器件结构,电路设计到存储系统级的功耗优化方案基础上,针对其中的编码优化读出功耗方案进行了理论论证和实验验证,证明其可行性。进一步结合几种新型非挥发存储器特点分析研究了编码优化读出功耗方案的适用性,基于此提出了加入奇偶校验位的改进方案,理论论证表明,改进方案相比于原本方案在数据可靠性方面更具有优势,而功耗代价可以忽略。
【关键词】：新型非挥发存储器 电路设计 存储单元 功耗优化
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 研究背景概述9-10
• 1.2 新型非挥发存储器的介绍10-19
• 1.2.1 铁电存储器10-13
• 1.2.2 相变存储器13-14
• 1.2.3 磁阻存储器14-17
• 1.2.4 阻变存储器17-19
• 1.3 本论文的工作19-20
• 第二章 新型非挥发存储器电路设计研究20-31
• 2.1 新型非挥发存储器特点概述20-21
• 2.2 新型非挥发存储器针对性设计技术21-26
• 2.2.1 针对数据“0”和“1”写入要求不对称的电路设计方法21-24
• 2.2.2 针对读写过程差异化的单元设计技术24-26
• 2.3 新型非挥发存储器接口电路设计方法26-30
• 2.3.1 传统存储器接口电路介绍26-27
• 2.3.2 新型非挥发存储器接口电路改进方法27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 新型非挥发存储器的多值存储技术及优化31-44
• 3.1 新型非挥发存储器的多值存储原理分析31-38
• 3.1.1 铁电存储多值技术31-32
• 3.1.2 相变存储多值技术32-35
• 3.1.3 阻变多值存储技术35
• 3.1.4 磁阻多值存储技术35-38
• 3.2 2T1MTJs磁阻多值存储单元38-39
• 3.2.1 2T1MTJs单元电路的结构38
• 3.2.2 2T1MTJs单元电路的操作38-39
• 3.3 2T1MTJs结构仿真及分析39-43
• 3.3.1 仿真设计39-40
• 3.3.2 1T1MTJs单元电路仿真结果40
• 3.3.3 2T1MTJs单元电路仿真结果40-41
• 3.3.4 仿真结果分析41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 新型非挥发存储器功耗和可靠性优化44-56
• 4.1 功耗优化综述44-45
• 4.2 编码优化读出功耗技术的验证与研究45-51
• 4.2.1 编码优化读出功耗的技术方案46
• 4.2.2 编码优化读出功耗技术方案的论证46-48
• 4.2.3 编码优化读出功耗技术方案的实验验证48-50
• 4.2.4 编码优化读写功耗技术的整读写过程研究50-51
• 4.3 基于编码优化读出功耗技术的可靠性改进51-55
• 4.3.1 添加奇偶校验位的可靠性改进方案51-53
• 4.3.2 奇偶校验位对功耗的影响分析53
• 4.3.3 改进方案的功耗优化对比验证53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 结论56-58
• 5.1 论文的主要成果56-57
• 5.2 论文的创新点57
• 5.3 未来工作的展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-65
• 攻读硕士学位期间取得的成果65-66

【参考文献】

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本文编号：863727